3-羟基丁酸对雨生红球藻PSⅡ光化学活性与色素合成的影响

利用试验生态学方法,研究3-羟基丁酸对雨生红球藻光系统Ⅱ(photosystemⅡ,PSⅡ)光化学活性与色素合成的影响。结果发现,3-羟基丁酸对雨生红球藻PSⅡ光反应中心造成胁迫损伤,细胞PSⅡ光化学最大光能转化效率(Fv/Fm)、有效光能转化效率(Yield)和表观电子传递速率(electron transfer rate,ETR)的参数均出现不同程度降低,其中0.02、0.10μg/L处理组的作用最明显;3-羟基丁酸造成雨生红球藻叶绿素a含量波动变化并最终下降至较低水平;3-羟基丁酸能够促进雨生红球藻合成并积累虾青素,其中0.01μg/L浓度的促进作用最强,虾青素最高产量为7.57 mg/L;3-羟基丁酸影响了雨生红球藻自身资源在光合作用与抗逆合成之间的权衡分配。研究结果为使用3-羟基丁酸作为外源诱导物促进雨生红球藻生产虾青素提供了依据。

Na^+吸收对干旱导致的棉花叶片光合系统损伤的缓解作用

以盆栽棉花为材料,在植株高约20 cm时用不同浓度Na Cl溶液浇透后进行持续干旱处理。在干旱处理期间测定叶片叶绿素荧光参数、光合气体交换参数的变化以及植株水分状况和Na+含量,以分析土壤Na Cl施入引起的棉花Na+吸收和积累量的增加对干旱胁迫导致的叶片光合系统损伤的缓解作用及可能原因。结果表明,未用Na Cl处理的棉花植株,其叶片净光合速率随着干旱的延续而持续下降、光合机构在干旱处理后期出现了严重损伤;而Na Cl处理的棉花植株,其叶片净光合速率下降幅度明显小于未用Na Cl处理的,光合机构受损伤程度也较轻或无明显损伤。对各处理棉花植株Na+的吸收和水分状况的测定分析表明,Na Cl处理的植株,其叶片Na+积累显著增加、渗透势降低,细胞膨压显著高于未用Na Cl处理的植株。由此可见,在土壤浇灌Na Cl溶液后的持续干旱条件下,棉花植株吸收和积累Na+增加,降低了组织渗透势、维持了一定的细胞膨压,从而有效缓解了干旱胁迫对叶片光合机构的损伤。

低温对高山嵩草叶片光化学和非光化学能量耗散特征的影响

低温是青藏高原地区植物生长季内频繁发生的非生物胁迫,然而其对典型高山植物叶片光能利用和分配的影响如何,尚缺乏研究。该研究以高寒草甸优势种高山嵩草(Kobresia pygmaea)为材料,采用叶绿素荧光成像分析技术,研究了低温对光系统Ⅱ(PSⅡ)光化学及非光化学猝灭中光诱导和非光诱导的量子产量相对份额的影响。结果表明:PSⅡ最大光化学量子效率(F_(v)/F_(m)和1/F_(o)-1/F_(m))的最适温度在10℃左右,且变异系数(CV)较小;PSⅡ相对电子传递速率(rETR)的光响应曲线随温度降低而整体下移,其初始斜率(α)也相应降低。低温逆境可引起PSⅡ实际光化学量子效率(Φ_(PSⅡ))和非光化学猝灭中非调节性能量耗散量子产量(Φ_(NO))的降低,及调节性能量耗散量子产量(Φ_(NPQ))的增大,并导致均值CV的增高。1000μmol·m^(-2)·s^(-1)稳态光强下,Φ_(PSⅡ)、Φ_(NPQ)和Φ_(NO)三组分的相对比率在20、10、5、0和-5℃分别为:23:57:20、18:63:19、15:68:17、11:75:14和8:80:12。PSⅡ反应中心光化学效率的相对限制(LPPFD)随温度降低而逐渐增大,且光强越大其限制增强。一般线性模型的双因素方差分析表明,PSⅡ光化学和非光化学能量耗散过程没有交互效应产生。尽管光化学能量转换和保护性的调节机制可有效分配激发能,能避免Φ_(NO)的增加,但高山嵩草叶片的光合机构在维持运行的同时依然承受着来自低温的胁迫,是影响植物光合生理过程及限制生长发育的重要因素。

耐高光琼枝突变体XY-01的选育及生产性能评价

为改善琼枝(Betaphycus gelatinus)养殖时受高光胁迫导致产量及品质下降的状况,对海区内初步筛选的潜在耐高光藻株进行高光筛选及分离纯化,经继代培养获得一株性状稳定的耐高光突变株琼枝XY-01,并对其进行生产性能评价。结果表明:与野生型琼枝(WT)相比,XY-01藻体呈绿色,藻枝饱满、舒展,高光胁迫表型不明显;在水温为26℃、光量子通量密度为60μmol/(m^(2)·s)条件下,XY-01的叶绿素a、类胡萝卜素和藻蓝蛋白含量均高于WT,但藻红蛋白含量极显著低于WT(P<0.01);XY-01的最适生长光量子通量密度为250μmol/(m^(2)·s),在此条件下,XY-01与WT光系统Ⅱ(photo-systemⅡ,PSⅡ)的最大光化学转换效率分别为(0.635±0.019)、(0.484±0.055)且二者有极显著性差异(P<0.01),XY-01与WT的增重率分别为57.00%±3.50%、39.00%±4.28%(P<0.05),特定生长率分别为(1.61±0.09)、(1.18±0.06)%/d(P<0.05);海区养殖试验显示,XY-01在4月中旬—5月中旬特定生长率达(3.63±0.08)%/d,但WT仅为(2.63±0.37)%/d,XY-01与WT的卡拉胶含量无显著性差异(P>0.05)。研究表明,通过高光选育首次获得一株性状稳定的耐高光琼枝XY-01,为耐高光琼枝种质资源开发提供了科学参考。

薇甘菊叶和茎的光合特性

薇甘菊(Mikaniamicranth)是世界性的入侵有害植物,对其入侵特性的理解将有助于我们更进一步揭示入侵机理和开展植物入侵的防治工作。叶片的光合作用是入侵植物薇甘菊入侵特性的研究内容之一,但到目前为止,仍没有开展对薇甘菊非同化器官茎的同化特性的研究。该文采取对比的研究方法,使用LICOR-6400气体交换系统和荧光系统对其幼嫩的绿色茎和成熟叶片的气体交换和叶绿素荧光特性进行测定,并对测定结果进行了对比分析,同时应用激光共聚焦显微镜对薇甘菊茎中叶绿体分布进行观察。使用叶绿素荧光系统测量瞬时叶绿素荧光特性表明,茎和叶的电子传输速率(Electrontransportrate,ETR)和光系统Ⅱ实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)存在较好的正比例关系,相关系数达到0.97,说明茎中存在和叶中类似的光合结构。但在应用LICOR-6400气体交换系统测量稳定状态下的CO2的气体交换速率时,观察到叶的气体交换速率稳定性较好,而茎的气体交换速率出现较大的波动,这可能是由于茎的气孔因素引起。综合来看,在相同面积和饱合光强下(光通量密度(Photosyntheticphotofluxdensity,PPFD)=2000μmol·m-2·s-1),叶的ETR为42.44μmol·m-2·s-1,茎的ETR为30.32μmol·m-2·s-1。在相同面积和低光强(PPFD=10μmol·m-2·s-1)下,叶的ΦPSⅡ为0.69;茎的ΦPSⅡ为0.57。在单位SPAD下,茎中ETR是每单位SPAD4.24μmol·m-2·s-1,是叶的2.3倍,实际光化学量子产量是每单位SPAD0.08,是叶的3倍。在比较茎和叶ETR中观察到茎比叶有更强的强光适应能力。激光共聚焦图像观察到薇甘菊茎的叶绿体主要分布在两个区域:皮层区和维管束周围。对照以往关于茎中叶绿体功能的研究表明,可能分布在两个区域中的叶绿体功能上存在差别。如上,薇甘菊茎中存在一定的光合作用能力,且在叶绿体的光能利用瞬时效率上茎明显强于叶,但在茎中这些光合作用的具体作用仍不清楚。

LIGA技术在医疗器械制备中的应用

文报道了近几年来 LIGA技术的改进 (如制备活动微结构和特殊形状侧壁以及与集成电路的准单元集成等 ) ,描述了用 L IGA技术制备的器件和微系统在医疗中的应用 ,包括微执行器、液体控制系统 (微泵和微阀 )、微光谱仪、光化学分析系统等。

密度和空间布局种植方式对夏玉米穗位叶光合生理性状的影响

为探明夏玉米适宜种植方式的光合生理机制,采用裂区试验设计研究了种植密度(9.3万,8.1万,6.9万,5.7万株/hm^2)、空间布局(等行距1穴1株,等行距1穴3株和宽窄行1穴3株)以及它们的交互作用对夏玉米郑单958开花后不同生育时期(开花期、抽丝期、灌浆前期、灌浆后期和完熟期)净光合速率及其相关性状的影响。结果表明:宽窄行1穴3株能显著降低夏玉米开花期和完熟期穗位叶净光合速率,而8.1万株/hm^2密度下的净光合速率不受空间布局的影响;等行距1穴1株空间布局下,种植密度不会显著影响穗位叶净光合速率。种植密度、空间布局以及它们交互作用对类胡萝卜素含量影响显著。等行距1穴3株空间布局下,9.3万株/hm^2种植密度显著降低前3个观测时期类胡萝卜素含量,而6.9万株/hm^2在宽窄行1穴3株以及5.7万株/hm^2在等行距1穴1株空间布局下显著降低完熟期类胡萝卜素含量。种植密度、空间布局及其交互作用均对PSⅡ最大光化学效率无显著影响。综上可知,8.1万株/hm^2种植密度不受空间布局的显著影响,而等行距1穴1株空间布局不受种植密度的显著影响,均能保证夏玉米郑单958植株的净光合作用及其相关指标维持在较高水平。结果也为从光合物质基础和光合水分生理基础方面(色素含量、荧光特性、净光合速率和蒸腾速率)解释种植方式-光合产物源-产量库之间的关系提供了理论数据。

三种相思植物对短期大气污染的响应

3种2～3年生相思盆栽于代表不同污染程度的交通繁忙区、工业生产区和相对清洁区,4个月后进行植物叶片气体交换和叶绿素荧光特征参数的测定。结果表明,生长在污染区的相思植物的净光合速率(R_n)、气孔导度(g_s)和光系统Ⅱ原初光化学效率(F_v/F_m)均出现不同程度的下降,下降幅度因植物种类和污染类型的不同而有差异。不同实验点上大腺相思叶片蒸腾速率(E)和水分利用效率(WUE)则维持相对稳定,多花和流苏相思的WUE均以污染环境下较低。根据P_n、g_s和F_v/F_m的变化以及实验点上其它植物对应测定值比,推测3种相思植物对大气污染都表现出中等强度的抗性,且多花相思和流苏相思相对好于大腺相思。

脱水和复水过程中金发藓(Polytrichum commune)与湿地匐灯藓(Plagiomnium acutum)叶绿素荧光特性变化的比较研究

以来自不同水分生境的金发藓(Polytrichum commune)和湿地匐灯藓(Plagiomnium acutum)为材料,利用叶绿素荧光成像技术比较了脱水和复水过程中两种藓类的荧光光响应曲线、光系统Ⅱ光能转化效率(ratio ofchlorophyll variation fluorescence,Fv/Fm)、光系统Ⅱ光量子产量(quantum yielding of PSⅡ,Y(Ⅱ))、光化学猝灭(photochemical quenching,qP)和非光化学猝灭(none-photochemical quenching,NPQ)的变化.结果显示,在脱水过程中,金发藓的抑制光强可维持在800μmol/(m2.s)以上,而湿地匐灯藓可低至400μmol/(m2.s)左右;金发藓ETR(electron transportation rate)值始终可维持在20附近,而湿地匐灯藓可降至0;两种藓类的Fv/Fm、Y(Ⅱ)、qP均下降,但金发藓较湿地匐灯藓高;NPQ先升后降,金发藓的峰值早于湿地匐灯藓,而幅度低于湿地匐灯藓.在复水过程中,两种藓类抑制光强和ETR均迅速恢复后略有下降,金发藓的恢复较湿地匐灯藓慢但波动小;两种藓类Fv/Fm和Y(Ⅱ)均能恢复到正常水平,金发藓均高于湿地匐灯藓;两种藓类qP略有上升,NPQ则略有下降.说明藓类植物对脱水伤害的耐受能力主要体现在复水的修复能力上,而脱水持续和程度会对不同生境的藓类产生不同的胁迫效应.从光保护能力的角度来看,生活于易产生水分亏缺条件下的金发藓比生活在水分充沛条件下的湿地匐灯藓具有更强的脱水耐受能力.

不同磷浓度对小球藻铜绿微囊藻生长及生理的影响

常通过对藻类某些生理生化指标的测定,甄别水体的营养状态。实验以小球藻(Chlorella sp.)和铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为对象,研究它们在不同磷浓度下藻细胞480 nm和665 nm吸光度的比值(OD480/665)、光系统Ⅱ的最大光化学效率(F v/Fm)、碱性磷酸酶活性(APA)等的响应及其作为营养状态指标的可能性进行了探讨。结果发现磷浓度与小球藻OD480/665负相关;而铜绿微囊藻OD480/665值与磷浓度相关性不明显。P缺乏能导致小球藻和微囊藻F v/Fm降低。小球藻产生的APA与培养基中磷含量负相关,而铜绿微囊藻产生碱性磷酸酶的量与培养基中磷含量关系并不明显。研究结果表明OD480/665、Fv/Fm、APA可以反映小球藻磷限制情况,不能反映铜绿微囊藻磷限制情况;藻类生理生化指标对磷的响应与种类有关,用来指示营养限制情况时需谨慎。

土壤铝污染下菊芋叶片对外源柠檬酸的生理响应

铝是酸性土壤中导致植物生长受阻的关键因素,为阐明柠檬酸对铝胁迫下菊芋叶片的生理响应,以耐铝性差异较大的南京菊芋(NJ H.t)和资阳菊芋(ZY H.t)为试验材料,对其进行不同浓度(0、350、700μmol·L^(-1))铝胁迫,同时分别施加0、30、60、90μmol·L^(-1)柠檬酸(Citric Acid,CA),探究对菊芋叶片各时期(10、20、30 d)叶面积、抗氧化系统、光化学系统、营养元素含量及遗传系统稳定性的影响,并对其耐铝机理进行探究.结果表明:铝胁迫抑制了两种菊芋光合电子传递效率和PSⅡ活性,并对抗氧化系统产生损伤,且随浓度升高抑制程度加剧;多组数据显示CA浓度为60μmol·L^(-1)时,对铝胁迫缓解效果最佳,但两种菊芋生理变化峰值时间存在差异.施加CA后叶面积抑制现象减弱,SOD、POD、CAT活性均显著增加;叶绿素a、b含量及F_(v)/F_(m)有较大增幅的同时,初始荧光F_(0)及G_(s)、P_(n)和T_(r)均有所下降,光合转化效率增强.同时,施加柠檬酸能够促进菊芋对N、Ca、Mg、P的吸收,并抑制K元素的吸收,其中,柠檬酸对菊芋叶片Ca含量作用最为明显.此外,柠檬酸可使细胞核拖尾现象得到抑制,菊芋DNA损伤有所缓解.本研究通过各指标测定,初步了解铝胁迫下菊芋在生理上的耐铝机制,为酸性土壤下的菊芋种植提供理论依据.

青藏高原高山嵩草光合功能对模拟夜间低温的响应

昼夜温差大是青藏高原的典型气候特征,夜间低温作为植物生长季内非常频繁的非生物胁迫因子,对典型高山植物日间光合生理功能的影响如何,尚缺乏研究。该研究以采自青海大学-清华大学三江源高寒草地生态系统野外观测站的高山嵩草(Kobresiapygmaea)为材料,应用叶绿素荧光图像分析手段,研究了模拟夜间低温对叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)非光化学猝灭中光诱导和非光诱导的量子产量,及慢弛豫相和快弛豫相组分的影响。结果表明:0℃夜间低温对日间PSⅡ相对电子传递速率、PSⅡ反应中心开放比率(qL)和PSⅡ非光化学猝灭系数(qNP)的快速光响应曲线影响较小;400和1 500μmol·m^(-2)·s^(-1)稳态作用光强下的比较证实,夜间低温并没有影响到光合机构活性及非光化学能量耗散过程。PSⅡ反应中心激发能分配的量子通量分析表明, PSⅡ实际光化学量子效率、PSⅡ非光化学猝灭中非调节性和调节性能量耗散量子产量的相对比率在第3天高光强下,对照组和夜间低温组分别为:36:19:45和38:19:43;较低光强下为66:22:12和66:23:11。非光化学猝灭(NPQ)中快弛豫相(NPQf)为主要组分,而慢弛豫相(NPQs)所占份额(NPQs/NPQ)在对照植株的第1天和第3天分别为11%和10%,夜间低温组则为13%和12%。因此, 0℃夜间低温后,高山嵩草PSⅡ反应中心发生光抑制的几率增大,较低光强和夜间低温能导致光合诱导时间的延长;但光化学能量转换和保护性的调节机制尚能有效分配吸收的光能,夜间低温没有加剧过剩激发能难以调节耗散的趋势。

池塘养殖废水水质变化规律及修复技术研究

水产养殖池塘是造成水域富营养化的重要污染源之一。近年来,水产养殖废水治理的研究成为热点。研究创新地采用太阳光化学原位修复原理对典型热带地区——海南省某养殖场废水进行清洁闭环水生态养殖技术的探讨。采用现场定位观测实验研究方法,研究高位池水质的变化规律,探讨高位虾池光化循环净水装置对养殖废水中COD、SS、营养盐等污染物的去除效应、脱氮解毒效应、抑藻效应以及增氧效应等。结果表明,研究的养殖水环境修复技术能有效地实现热带地区高位池循环水养殖及养殖污水的"零排放",是满足环保要求的一种多功能、低成本、效果好的水体净化方法。

7种海洋微藻叶绿素荧光对N、P限制的响应

以中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、旋链角毛藻(Chaetoceros curvisetus)、微小原甲藻(Prorocentrum minimum)、裸甲藻(Gymnodinium sp.)、盐生杜氏藻(Dunaliella salina)、球等鞭金藻3011(Isochrysis galbana)、隐藻1533(Rhodomonas sp.)为研究对象,分别在缺少氮(N)、磷(P)的条件下培养数天,然后向培养介质中添加充足的NO3-和PO34-,观察光系统Ⅱ的最大光化学量子产量(Fv/Fm)在整个过程中的变化情况。结果表明,7种海洋微藻在缺N或P的条件下培养数天,Fv/Fm均显著下降。随着限制性营养盐的重新添加,与对照组相比,各微藻的Fv/Fm在24 h之内均明显升高(P<0.05),18 h～72 h之内恢复到营养盐充足时的水平;而添加其他非限制性营养盐,Fv/Fm在整个测定过程中与对照组相比没有明显差异(P>0.05)。不同微藻,Fv/Fm的最大值不同,且受N、P限制后Fv/Fm降低的快慢不同,其中微小原甲藻、裸甲藻两种甲藻相对较慢。根据营养盐添加后Fv/Fm的变化情况来判断青岛近海海域的营养盐限制情况,发现2009年4月青岛近海观测区域浮游植物的生长受到P的限制。